JPH068240A - 繊維強化プラスチック成形体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 繊維強化プラスチックであって、最外層の補
強用繊維又は繊維構造物が、金属又は金属化合物皮膜に
より被覆されたものであることを特徴とする繊維強化プ
ラスチック成形体。 【効果】 塗装，乾燥パテ埋め等の工程を経ることな
く、意匠性に優れた繊維強化プラスチック成形体を製造
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、釣竿，ゴルフシャフ
ト，ラケット，自転車用フレームなど意匠性の必要なス
ポーツ用品分野，あるいはアンテナ，ロボット，アー
ム，シャフトなど電磁波シールド性の必要な産業機器分
野において、構造材として用いられる繊維強化プラスチ
ック成形体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと
略記する。）は、比強度，比弾性率がスチールやアルミ
合金などに比べて優れている為、軽量化の必要な分野に
使用されており、その繊維素材も、ガラス繊維のみなら
ず、さらに比強度，比弾性率に優れたカーボン繊維，有
機繊維，セラミック繊維等が開発されている。又、更に
ＡＣＭ（先進複合材料）として研究が進められ、航空宇
宙分野に留まらずスポーツ用品分野，産業機器分野の材
料としても使われている。ところが、スポーツ分野，産
業機器分野にＦＲＰ成形体を使う場合、性能とコストの
バランス，及び工程の短縮化が必要不可欠な課題とな
る。

【０００３】一般に高性能を必要とするＦＲＰ成形体
は、プリプレグを使用して成形されている。つまり、ま
ずガラス繊維やカーボン繊維などを引き揃えたＵＤ（引
き揃えられた糸）や織られたクロスに、エポキシ樹脂，
フェノール樹脂，不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化
性樹脂，あるいはナイロン６，ポリプロピレン，ＰＰＳ
（ポリフェニレンサルファイド）やＰＥＥＫ（ポリエー
テルエーテルケトン）などの熱可塑性樹脂を含浸させ、
シート状のプリプレグを製造する。

【００４】次に、このプリプレグを、成形体として必要
な形状を与える為に芯材の回りに積層させ、必要に応
じ、金型に仕込み、熱をかけ硬化させる。通常その後塗
装をして仕上げる。しかし塗料の密着性を上げ、しかも
表面を滑らかに仕上げる為には、研磨機で表面を研磨
し、更に研磨した面に下塗り塗装を数回施してから表面
仕上げ塗装を行うのが常法であり、製品化するまでに多
くの工程や労力が費やされている。

【０００４】改良法として、特開昭５６−７５０４３号
公報に印刷紙材を最外層に巻き、表面研磨，下塗り塗装
工程を省略したものが提案されているが、この方法で
は、余分な層が増えるため、ＦＲＰ成形体の軽量メリッ
トが少ない。また特開昭６０−２４３１５０号公報で
は、プリプレグ作製時のワニスに金属粉が残るなど十分
なものと言えない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上述の
問題点に鑑み鋭意研究を続けた結果、本発明を完成した
ものであって、その目的とするところは、製造工程が少
なく、しかも意匠性に優れた繊維強化プラスチック成形
体を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、繊維強化プラ
スチックであって、最外層の補強用繊維又は繊維構造物
が、金属又は金属化合物皮膜により被覆されたものであ
ることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体であ
る。

【０００７】本発明のＦＲＰ成形体の製造方法は次の通
りである。構造材用補強繊維をヤーン，ＵＤ，マット，
クロスの形状にし、この状態の補強繊維上に、銅等の金
属及び／又は金属化合物を用いて、蒸着法，その他の方
法により、金属皮膜或いは金属化合物皮膜を形成させ
る。次に必要に応じ変着色させる為の熱処理を行い、着
色した金属皮膜を補強繊維表面に有するものを作製す
る。

【０００８】次いでこのシート状のものに、硬化後透明
となる或いは繊維表面が透ける様な無色又は着色の程度
のうすい合成樹脂を含浸させ、プリプレグと言われる半
硬化状態のシートを得る。このプリプレグを、目的とす
る形状の芯材に、必要に応じて通常使われているガラス
繊維やカーボン繊維や高強力有機繊維などのプリプレグ
を巻きつけた後の最外層として巻きつけ、離型性のある
熱可塑性テープでらせん状にラッピングした後、金型に
仕込み、加熱させ硬化させる。次いで、該ＦＲＰ成形し
たＦＲＰ成形体はラッピングテープのらせん状の跡や、
金型のバリを削る為、研磨機で磨き、表面を平滑にした
後、１回のクリヤー塗装を行う。従って、従来の方法に
比べ塗装工程が大幅に短縮出来、又塗装ムラを防止する
為のパテ埋め工程も省略出来る等工業的に非常に有利な
方法である。

【０００９】本発明に使用する補強繊維は、構造材用高
強力繊維であればいずれでも良く、特に限定されない。
例えばガラス繊維，カーボン繊維，芳香族アラミド繊
維，高強力ポリエチレン繊維，液晶ポリマー繊維などが
通常使用される。又、設計要求値が低ければ、ＰＥＴ繊
維，ナイロン繊維，ＰＰ繊維，ＰＶＡ繊維等の繊維でも
良い。補強繊維の形態はヤーン，マット，ＵＤ，クロス
いずれでも良いが、好ましくは、クロスである。

【００１０】本発明に用いられる金属としては、アルミ
ニウム，銅，金，銀，チタン，錫，ニッケル，亜鉛など
や、ステンレス等の合金を用いる事が出来る。金属化合
物としては酸化アルミニウム，酸化銅，酸化チタン，酸
化錫などの金属酸化物や、窒化チタン，炭化チタン，窒
化珪素，緑青等の金属化合物が用いられるが、本発明の
目的に合致すれば、ほかの金属化合物でもよい。又、二
層以上皮膜を形成させても良く、その場合は、下層に繊
維との密着の良い金属又は金属化合物を、上層には発色
性のよい金属又は金属化合物を用いるのが好ましい。或
いは、下層に光の反射率の良い金属（これは主にアルミ
ニウム，チタン，ニッケル，ステンレスのように特定の
光の反射率を持たない金属が好ましいが）、上層には、
例えば酸化錫等のような、下層の金属との光の干渉にて
発色或いは色彩異方性を発現するような金属又は金属化
合物の皮膜を形成させてもよい。この場合、上層の金属
又は金属化合物は、光の可視領域の透明性の高いもの程
よく又、この厚みを、特定の光を干渉するように設定す
れば、特定の色を発現させる事が出来る。厚みを適当に
とる事により、青，緑，赤の発色が可能であり、又、そ
れらの色の混合物（中間色）としての場合は双方の光が
適度に反射するようにすればよい。

【００１１】金属又は金属化合物皮膜の耐久性は、膜厚
が厚い程良好であるが、色の発色という点からは、余り
に厚くすると、金属光沢が出すぎる様になる。以上の観
点から、金属又は金属化合物の膜全体の厚みは通常２０
０〜１００００Åが好ましく、更に好ましくは５００〜
５０００Åである。膜厚が２００Å未満では、着色や色
彩効果が不充分であり、一方１００００Åを超えると、
皮膜形成に時間がかかる傾向がある。金属又は金属化合
物の皮膜形成は、従来公知の真空蒸着法，イオンプレー
ティング法，スパッタリング法，プラズマ溶射法等の物
理蒸着（ＰＶＤ）法や、金属化合物の熱分解，プラズマ
等による化学蒸着（ＣＶＤ）法等によって可能である。

【００１２】金属皮膜の後に行う、熱処理条件について
は、金属の種類や皮膜によって異なるが、例えば、銅皮
膜においては、加熱空気や酸素含有気体による加熱，加
熱ローラー又は熱板等に接触させる接触式加熱，酸素含
有雰囲気中における電熱，あるいは赤外線等による輻射
式加熱等の適宜な方法で行うことができる。熱処理温度
は通常１００℃以上且つ使用する補強繊維の溶融又は分
解温度未満が好ましく、更に好ましくは１５０℃以上且
つ使用する補強繊維の溶融又は分解温度より５０℃低い
温度までの範囲である。熱処理温度が１００℃以上であ
ると変色の進行が速く、変色に要する時間が短くてす
む。一方、繊維構造物の溶融又は分解温度未満であれ
ば、繊維ポリマー等の融解または分解の心配がなく、繊
維の融断或いは繊維構造物の変化も起こりにくいので好
ましい。

【００１３】本発明に用いる合成樹脂としては、一般に
ＦＲＰ用に使われている、エポキシ樹脂，不飽和ポリエ
ステル樹脂，フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げ
られるが、ナイロン６，ポリプロピレン，ＰＰＳ，ＰＥ
ＥＫ等の熱可塑性樹脂であっても良い。ただし、金属蒸
着物の色が消えないものや色あせを生じさせない合成樹
脂が好ましく、硬化後の着色傾向の小さいものが好まし
い。

【００１４】本発明に用いる成形法は前述の様に、プリ
プレグ化し、芯材に積層する方法が一般的であるが、Ｓ
−ＲＩＭ成形やＲＴＭ成形法により、一度に成形まで行
う方法でも構わない。又、プリプレグ化する時の樹脂含
有率は特に限定されないが、比強度，比弾性率を上げる
為、少ない程良く、ＦＲＰ成形体表面にカスしか出ない
３０〜６０重量％程度が好ましい。

【００１５】本発明に用いるＦＲＰ成形体の後処理工程
である表面研磨工程においては、表面を滑らかに仕上げ
る事が出来れば良く、例えば、ベルトサンダーグライン
ダーなどを用いることができる。又クリヤー塗装は、ア
クリル系，ウレタン系，エポキシ系いずれでも良く水
系，溶剤系を問わない。ただし、繊維表面の金属色が映
える、無色か淡色系が好ましい。

【００１６】

【発明の効果】本発明により、在来の塗装，乾燥パテ埋
め等の工程を省略することができるため極めて経済的で
ある。又、意匠性に優れたＦＲＰ成形体の製造が可能と
なる。又、違った金属を２種以上、繊維表面に蒸着する
事や熱処理を加える事により、繊維表面の凹凸状態や光
の干渉によって反射光の色が変わり、通常の染料や顔料
では不可能な色彩異方性を発現する。

【００１７】また、金属を表面に蒸着させる事により、
ガラス繊維や有機繊維など絶縁性の繊維を使ったＦＲＰ
が導電性を帯び、電磁波シールド性や静電除去性が加わ
り、意匠性の必要なスポーツ用途のみならず、産業機器
用途への利用も可能となる。

【００１８】実施例１〜７，比較例１ アルミ合金５０５６−Ｈ８の外径２８．０ｍｍ（肉厚
１．０ｍｍ）のプレーンパーンに、ＫＳ１２２０／Ｓ−
９２０ＮＭ〔鐘紡（株）製〕ガラスクロスを１３０℃硬
化型エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型，Ｄｉｃｙ硬化
型）にてプリプレグとしたものを巻きつけた。この時、
巻つける方法は、プリプレグを所定の長さに切取り、ア
ルミ芯材に塗った。この接着剤を起点として、ローリン
グマシンにセットし、機械によりテンションを均一にな
る様に巻き上げて行き、ガラスクロスプリプレグが管長
方向に対しタテ，ヨコ±４５°方向に４ｐｌｉｅｓ積層
する。次いでガラスクロスプリプレグと同様に、カーボ
ン繊維ＵＤプリプレグ（新旭化成ファイバー製）のもの
を、管長方向に対し０°方向になる様に６ｐｌｉｅｓ積
層した。最後に金属を蒸着したものを最外層に１ｐｌｙ
巻く分だけカットし、前記と同様に巻つけた。

【００１９】ガラスクロス表面に金属を蒸着させる方法
としては、真空蒸着法を用いた。電子銃を蒸着源とする
真空蒸着装置の蒸着源より上方にガラスクロスを配置
し、系内の真空度を１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下で十分脱気
し、ついで１×１０^-5Ｔｏｒｒに保ちつつ、該ガラスク
ロスを系外の駆動モーターと接続させた系内の巻取りロ
ールによって連続的に走行させ、銅を膜厚２７００Åと
なるまで蒸着させた。

【００２０】銅を蒸着したガラスクロスを空気中にて、
熱処理した。熱処理にかける時間を変化させた結果を表
１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】次いで、所定のプリプレグを巻きつけた管
状パイプを、次いでラッピングにて、幅１０ｍｍの離型
性ポリエステルフィルムを使い、１．８ｍｍで巻きつけ
た。これをオーブンの中に、このパイプが吊るされる様
に入れ、１３０℃×２時間キュアーさせ、硬化物とし
た。

【００２３】最後に、センターレスグラインダーで表面
を平滑にし、ウレタン系透明クリヤーを塗り、ＦＲＰ成
形体を得た。この時出来上がったＦＲＰ成形体の色は、
ガラスクロス表面に蒸着した金属の色と同じになり、塗
装不要で、カラフルな色となった。

【００２４】実施例８〜９ ガラスクロス表面上に第一層としてアルミニウムを膜厚
３２０Å、その上の第二層として酸化錫を各々膜厚１２
０Å，５００Å蒸着させ、蒸着後の熱処理を実施しない
事以外は実施例１と同様にＦＲＰ成形体を製造した。結
果を表２に示す。

【００２５】

【表２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 義和 山口県防府市国衙２−５−31

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維強化プラスチックであって、最外層
   の補強用繊維又は繊維構造物が、金属又は金属化合物皮
   膜により被覆されたものであることを特徴とする繊維強
   化プラスチック成形体。